一種基于高速攝像的水表齒輪實時識別裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水表領(lǐng)域，具體涉及一種基于高速攝像的水表齒輪實時識別裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)的水表示值誤差實驗的監(jiān)測裝置普遍采用的是激光傳感器技術(shù)或圖像式水表誤差監(jiān)測系統(tǒng)，上述兩種方式缺點如下:其方法本身精度偏低，有一定的測量誤差，并且在水表表盤進水、有灰塵等情況下精度也會受到影響從而導(dǎo)致誤差較大；另一方面，這兩種方法的識別能力是齒輪轉(zhuǎn)動一圈的位置變化，測量精度偏低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了水表齒輪識別裝置，本發(fā)明可識別齒輪轉(zhuǎn)動一個齒位的變化，精度更高。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下:
[0005]—種基于高速攝像的水表齒輪實時識別裝置，包括圖像采集裝置，用于實時采集水表齒輪的光學(xué)影像并將光學(xué)影像信息傳輸至圖像處理裝置；
[0006]所述圖像處理裝置將光學(xué)影像轉(zhuǎn)換為電荷影像，接著轉(zhuǎn)換成圖像信號，圖像信號又通過Α/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號，數(shù)字圖像信號進一步傳輸至控制電路；
[0007]所述控制電路通過相應(yīng)的接口與處理器電路相連，所述處理器電路對收到的數(shù)字信號進行初步處理并保存至內(nèi)存中，處理器電路根據(jù)內(nèi)存中的圖像數(shù)據(jù)進行識別和處理，識別和計算得出相應(yīng)的結(jié)果并將結(jié)果輸出。
[0008]進一步的，所述圖像采集裝置包括相機鏡頭及閃光燈，所述相機鏡頭攝取的光學(xué)影像。
[0009]進一步的，所述圖像處理裝置包括高速圖像傳感器，相機鏡頭攝取的光學(xué)影像成像在高速圖像傳感器的表面上。
[0010]進一步的，所述控制電路包括高速圖像傳感器控制電路，高速圖像傳感器控制電路通過LVDS接口將圖像信息傳輸給處理器電路。
[0011]進一步的，所述處理器電路包括FPGA及ARM處理器，處理器電路通過SPI接口對高速圖像傳感器進行配置，控制高速圖像傳感器圖像的輸出分辨率和拍攝速度。
[0012]所述ARM處理器檢測引腳電平的變化，檢測電平由高變低則開始檢測工作，配置圖像傳感器，ARM處理器控制FPGA開始進行圖像分析。
[0013]進一步的，F(xiàn)PGA通過LVDS接口，接收高速圖像傳感器輸出的圖像，并保存到內(nèi)存中，處理器電路根據(jù)內(nèi)存中的圖像數(shù)據(jù)進行識別和處理。
[0014]進一步的，處理器電路根據(jù)SPI接口中的CS_N片選信號控制一個圖像傳感器的工作與否，其中cs_r^t選信號為高電平時圖像傳感器工作，反之不工作。
[0015]進一步的，所述處理器電路的輸出還分別與LCD顯示電路、脈沖輸出電路、RS485輸出電路及識別啟停控制電路相連；
[0016]所述IXD顯示電路，用于實時顯示測試狀態(tài)以及用戶交互；
[0017]所述脈沖輸出電路，用于有源24V脈沖輸出，用于連接上位機實時輸出識別的結(jié)果;
[0018]所述RS485輸出電路，用于配置識別的參數(shù)以及獲取計算結(jié)果；
[0019]所述識別啟?？刂齐娐罚ㄟ^光耦隔離，外部電路可以接無源開關(guān)信號或有源24V電路，用于控制識別工作的開始和結(jié)束。
[0020]進一步的，所述處理器電路與上位機通信，處理器電路還與按鍵模塊相連，所述的按鍵模塊包括兩個修改識別對象參數(shù)按鍵、一個控制閃關(guān)燈開關(guān)鍵和一個調(diào)整識別半徑按鍵，四個按鍵用于與LCD顯示屏配合設(shè)置識別和查詢參數(shù)。
[0021]進一步的，所述兩個修改識別對象參數(shù)按鍵為一個“齒輪+”按鈕用于調(diào)大齒輪輪齒數(shù);一個“齒輪按鈕用于調(diào)小齒輪輪齒數(shù);一個調(diào)整識別半徑按鍵為一個“識別半徑”按鈕為反轉(zhuǎn)開關(guān)，默認為大識別半徑;一個控制閃關(guān)燈開關(guān)鍵為一個“補光燈”按鈕為反轉(zhuǎn)開關(guān)，默認為補光燈開。
[0022]進一步的，所述處理器電路與所述上位機之間通過串口或網(wǎng)口使用RPC的方式進行參數(shù)配置、數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)交互。
[0023]工作原理:攝像鏡頭攝取的光學(xué)影像成像在高速圖像傳感器的表面上，圖像傳感器會將這些光學(xué)影像轉(zhuǎn)換為電荷影像，接著轉(zhuǎn)換成圖像信號，圖像信號又通過Α/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號，這些數(shù)字信號(即電信號)通過LVDS接□傳輸給FPGA。特別地，本發(fā)明設(shè)計高速圖像傳感器的SPI接口中的CS_N片選信號控制一個圖像傳感器的工作與否，其中CS_N片選信號為高電平時圖像傳感器工作，反之不工作。
[0024]FPGA對收到的數(shù)字信號進行初步處理，并將其按照一定的邏輯存儲到內(nèi)存顆粒DDR3中并提供給ARM處理器每個數(shù)據(jù)的地址，ARM處理器會根據(jù)這些地址提取內(nèi)存中的數(shù)據(jù)對其進行處理，本發(fā)明采用傅里葉變換算法對內(nèi)存中的圖像數(shù)據(jù)進行識別和處理，識別和計算得出的結(jié)果，將通過C3、C4、C5輸出。
[0025]C3為LCD顯示電路，本發(fā)明設(shè)計一個IP核作為LCD控制器，通過RGB888接口可將計算結(jié)果實時顯示在IXD液晶屏上。
[0026]C4為脈沖輸出電路，可連接能識別脈沖信號的設(shè)備;C5為RS485輸出電路，可連接支持RS495通訊協(xié)議的設(shè)備。
[0027]C6為識別啟停電路，其作用相當于一個控制開關(guān)，可通過電平高/低來控制識別裝置的開/關(guān)。
[0028]本發(fā)明的有益效果:
[0029]本發(fā)明產(chǎn)品可識別齒輪轉(zhuǎn)動一個齒位的變化，處理器電路中，傅里葉變換后的圖像數(shù)據(jù)相位的變化過程判斷齒位的變化。精度更高。本發(fā)明的識別頻率可到1000幀/秒，精度極高；能識別齒輪轉(zhuǎn)動一個齒位的變化，不易受到環(huán)境變化的影響，能保證運行10000次不丟I幀或至多丟失I幀的要求。本發(fā)明還配備全中文顯示的LCD液晶屏，能實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，并配備4個按鍵、4個LED指示燈，可操作性更強。
【附圖說明】
[0030]圖1為LCD顯示屏外圍電路圖；
[0031]圖2為RS485輸出電路圖；
[0032]圖3為電源外圍電路圖一；
[0033]圖4為電源外圍電路圖二；
[0034]圖5脈沖輸出電路；
[0035]圖6識別啟?？刂齐娐?；
[0036]圖7圖像傳感器外圍電路一；
[0037]圖8圖像傳感器外圍電路二；
[0038]圖9圖像傳感器外圍電路三；
[0039]圖10電源管理電路一；
[0040]圖11電源管理電路二。
【具體實施方式】
:
[0041 ]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明:
[0042]—種基于高速攝像的水表齒輪實時識別裝置，包括殼體、主板、上位機軟件、按鍵模塊、顯示模塊，主板包括處理器、內(nèi)存、存儲器和相應(yīng)的外圍電路，主板連接上位機、按鍵模塊、顯示模塊。
[0043]主板包括:集成FPGA+ARM處理器的系統(tǒng)級處理器芯片、DDR3內(nèi)存顆粒、由NANDFLASH芯片和可選的可擴展存儲器TF卡組成的存儲器、高速圖像傳感器和主板上相應(yīng)的外圍電路。
[0044]主板上相應(yīng)的外圍電路，包括高速圖像傳感器控制及相應(yīng)的外圍電路Cl、處理器芯片(FPGA+ARM處理器)外圍電路C2、LCD顯示電路C3、脈沖輸出電路C4、RS485輸出電路C5、識別啟停控制電路C6。其中C3用于實時顯示測試狀態(tài)以及用戶交互;C4為有源24V脈沖輸出，用于連接上位機實時輸出識別的結(jié)果;C5用于配置識別的參數(shù)以及獲取計算結(jié)果;C6通過光耦隔離，外部電路可以接無源開關(guān)信號或有源24V電路，用于控制識別工作的開始和結(jié)束。
[0045]高速圖像傳感器控制及相應(yīng)的外圍電路Cl，高速圖像傳感器電路可以使傳感器長時間穩(wěn)定工作，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。用于控制高速圖像傳感器及數(shù)據(jù)輸入、處理數(shù)據(jù)的處理器芯片(FPGA+ARM處理器)及其外圍電路C2，合理選擇圖像傳感器接入芯片和自主設(shè)計相應(yīng)電路，本發(fā)明中DDR3為32位位寬工作頻率533MHZ(1066M)理論帶寬4Gbyte/s實際帶寬2.8GByte/s，使圖像的接入和圖像的處理有足夠的處理帶寬，并在芯片及產(chǎn)熱較高的電路周圍固定有散熱片，有良好的散熱性。
[0046]按鍵模塊